聚丙烯织物衬里内饰件的热流道注射模塑

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聚丙烯织物衬里内饰件的热流道注射模塑
  P, A4 C! n5 M% {摘要： 本文分析聚丙烯织物衬里内饰件的热流道注射模塑。介绍了聚丙烯织物衬里内饰件地模具结构设计和热流道浇注系统地设计以及此类模具的结构特点；串接的多个开关式喷嘴的注射；和热流道浇注系统的设计。
8 Z% D. Z5 u5 l5 |& Y关键字： 织物衬里；热流道；开关式多喷嘴
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汽车内饰用长条的织物衬里的聚丙烯注射件，用低压注射成型模具生产。前些年，这类制品的注射模具依赖进口。它必须采用热流道浇注系统，并用多个开关式喷嘴串接，依次逐点地自动控制注射。在较低的注射压力下，让织物均匀覆贴在动模上。保证织物与塑料黏结复合。制品上无熔合缝，无明显的翘曲变形。这种在织物衬里上注射方法称为模内复合，即IML（in-mould lamination）。宁波华众塑料制品有限公司生产的轿车顶棚后压条，如图1所示。我公司设计和生产了该模具的热流道系统。

1. 模具的结构设计

& O9 c1 M4 F2 V" b/ m0 `1.1 制品特征
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制品用于轿车顶棚，四周有大圆弧，并有里弯翻边。制品总长970～1007mm，宽125mm，板厚2.5mm。塑料板投影面积1224mm2。乳白色聚丙烯PP板的里侧，有六个竖立夹卡和六个夹槽座，用来紧固在汽车顶板上。制品上还均布三个十字插头，用作对准定位。图2是PP塑料注射衬里板的造型，上表面有装夹结构和筋条。织物的外表面是斜纹纺织面料，与塑料粘结面是衬绒。注射模开启时，四周放有余量的织物衬布，紧绷在动模的型芯上。

; V$ S7 N$ [6 r( P8 y& R1.2 低压串接注射原理
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8 m* U# s8 l" X$ y3 X$ n织物衬里内饰件注射的流动和变形分析如图3所示。塑料熔体在型腔里充模流动时，一侧是光滑模具钢壁面；另一侧是合成纤维衬绒。引起PP熔料的流动剪切速率，对间隙中心层分布不对称。冷却固化后制品中有颇大的残余流动应力。另一方面，动模一侧铺放的织物绒布，使制品两侧的冷却效率相差大。固化制品中有较大残余温差应力。这将使成型制品产生如图3c所示的翘曲变形。因此，制品一侧设有翻边；在长度方向有凸起弧和筋条，提高刚性。要求注射时低压慢充，降低制品的残余应力。实行多浇口顺序开启，无熔合缝，也减小了翘曲变形。

) {) u( I+ l1 Q* L  B串接式注射原理如图4。注射从中央的开关式喷嘴Z1开始，临近的喷嘴Z2和Z3，只有当熔料前沿经过它们时才打开。最后打开的喷嘴Z4和Z5射出熔料，将型腔充满后，所有的喷嘴必须打开，以实施保压过程。喷嘴的数目和热流道的几何参数应该用计算机模拟软件建立。生产现场已经使用了，具有时间顺序控制的气路(或油路)的多组换向阀。从型腔的中央起始完成的熔料充填，由时间继电器控制这些开关式喷嘴。这种时间控制器与热流道温度控制器合成一个仪表，已经商品化。
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在型腔被熔体充填时，从相反方向与熔料前峰相遇是不充许的。这会使织物衬里萎缩起皱。用串接式的几个注射点，传输料流的前锋，保证织物被均匀压在模壁上。在保压阶段，众喷嘴对每个充填区提供相同的低压力降。

; A! W3 k4 {7 [9 f4 Y. o3 _1.3 模具结构特征

; y- v2 a: Y8 g( X: n; G  [. i3 `在IML模具内，塑料层在定模一边注射，织物放置在动模型腔内。脱模顶出系统和热流道系统必须设置在定模上。

热流道系统的开关式喷嘴的针阀由气缸启闭，而且脱模顶出板也用气缸驱动。可防止任何漏油污染织物衬里。制品的多余衬里在专用切割机床上切除。

动模上的织物衬里制品必须强化冷却。由于织物的绝热性能使注射制品冷却困难。织物衬里也使注射充模的料流不对称，导致向衬里翘曲变形。在定模的喷嘴区需加强冷却固化，来抵消制品条朝中央的翘曲变形。
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2 热流道浇注系统设计
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2.1 热流道浇注系统

注塑模采用上海克朗宁KLN技术设备有限公司生产，有五个VMS32气动针阀式分喷嘴。图5所示Z1～Z5喷嘴有长5mm倒锥的大浇口，3～3.9mm口径。喷嘴的阀针直径7.5mm，流道直径16mm。由于定模成型面凹进，从图中件6的定位支承座算起，喷嘴长度482～495mm。由于驱动气缸安装在定模固定板中，分喷嘴相对模具中心偏置106～122mm安装。

主流道喷嘴长112mm。下游横流道总长736mm，直径16mm。抵达Z1～Z5喷嘴的各支流道长106～122mm，直径16mm。
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流道板长888mm，宽196mm，厚60mm。以平均25mm的空气间隙支架在定模的空腔中。流道板上有五个加热区，各自测温并调节。主流道喷嘴单独加热。由于定模上设置脱模机构，五个分喷嘴很长。本公司对各喷嘴设计二个加热和温控区。有效防止了沿喷嘴流道的温度分布不均匀，消除塑料熔体过热分解的现象。该热流道系统有十六个加热和温度控制区。

% ~& D) w4 f7 y" i( c4 X1主流道单喷嘴 2定模固定板 3喷嘴阀针的驱动气缸 4-导气管道 5-热流道扳
- h$ {7 Q! p8 b( F9 }6喷嘴的定位支承座 7定模板 8分喷嘴 9喷嘴阀针 10浇口套 11横流道
9 \9 r# n3 f( M) j12主喷嘴位置 13支流道 14加热线圈 15分喷嘴位置

* e( P! O" d" I! ?2.2 moldflow流动分析
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, W. _& Q, y3 j8 |" U开关式针阀控制的五个浇口，如果不能正确实现顺序控制；或五浇口同时注入型腔如图6所示，则会产生如图7所示的四条熔合缝。这些熔合缝使注塑件的强度严重下降，且有严重的翘曲变形。

1 E7 ~  I& C- y$ h2 ?/ j在织物衬里的注射量412cm3，而热流道系统中加热塑料有780cm3。设置环境温度25℃，熔体温度265℃，模具温度60℃。必须用注射时间控制充模，设定时间3s。让型腔充模流动速率在103～135cm3/s合理范围内。经moldflow流动分析调试，塑件型腔全部充满时间为3.5s。此为速度控制充模转变到压力控制的时间。
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在动用moldflow流动分析的热流道系统工具的过程中，设置塑料熔体的针阀式浇口的性能。在针阀控制器的浇口对话框中，输入浇口小端与大端直径3～3.9mm。用时间控制的方法，确定各浇口开启时间。在此塑件的模拟过程中，经多次测试获得料流从Z1浇口，充满型腔体积的45%，到达Z2或Z3的时间为1.85s ；从Z2或Z3到达Z4或Z5的时间为0.97 s，此时已充满型腔体积的76% 。实现了图8的料流前锋的控制后，取得如图9所示的无长条熔合缝的效果。
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! s6 i; k5 @, U0 D% a; f五个喷嘴浇口同时被针阀关闭时间，经多次测试确定为12s。针阀关闭时间太早，注塑件的保压补缩不充分，影响制品质量。关闭时间太迟，浇口附近塑料熔体冷却，影响针阀关闭动作。要保证浇口附近有220℃以上温度，让塑件有最佳体积收缩率。设置的注射机螺杆控制的保压时间为11s，比浇口关闭提早1s。使得两个控制时间都起作用。针阀关闭所起的作用大，关闭后的型腔压力和锁模力下降很明显。塑件型腔压力降至0，开始了封闭的模内冷却；锁模力从115T降至41T。

2 m4 ]! V6 O) d! t% tmoldflow流动分析时，自动调节速度和压力。保压控制经对话框设定，逐步降低保压压力。采用曲线保压能减小保压作用，避免了过保压现象。注入模具的最大注射压力，在1.8s时达660×105Pa。塑件型腔压力在4s时达到最高，500×105Pa。到6s时，型腔大部分已降至160×105Pa。实现了长时间的低压保压。

5 n. [" m: d; {' k9 l% h- }这次流动分析对注塑件采用表面模型(Fusion)类型网格划分，网格单元30589个。方案的工艺设置很重要。尽管计算机分析一次时间很长，必须多次设定各喷嘴针阀开关时间，才能达到无缝注射。计算机流动分析，对注射生产现场有指导意义。

/ a- K' r& h8 X& t参考文献
[1]D Frenkler and H Zawistowski. Hot Runner in Injection moulds. Rapra Technology Ltd. UK. 2001.
[2]王建华，徐佩弦. 注射模的热流道技术[M]. 北京:机械工业出版社，2006.
[3]单岩，王蓓，王刚. Moldflow模具分析技术基础[M]. 北京:清华大学出版社，2004.
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上海克朗宁技术设备有限公司 王建华 徐佩弦